國外某低品位銅鋅硫化礦浮選分離試驗研究

鄒 勤 龍 冰 雷小明 楊長安 劉 誠2

（1.湖南柿竹園有色金屬有限責(zé)任公司，湖南郴州423037；2.武漢理工大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，湖北武漢430070）

銅和鋅是我國戰(zhàn)略安全與國民經(jīng)濟發(fā)展不可或缺的重要原料［1-2］。隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展，銅鋅礦資源的消耗增長迅速。銅鋅硫化礦資源的不斷開采，導(dǎo)致銅鋅資源緊缺，礦石資源“貧、雜、細”問題突出，開發(fā)利用難度大、成本高。因此，實施礦業(yè)“走出去開發(fā)”戰(zhàn)略日益重要，這也是保證我國銅、鋅行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑［3-5］。

浮選是國內(nèi)外富集硫化礦中銅鋅最常用的方法之一，由于礦石性質(zhì)多變，實現(xiàn)銅鋅硫化礦高效分離仍是一大難題［6］。銅鋅硫化礦分離困難的原因主要有：①銅鋅礦物嵌布粒度較細，銅礦物以細粒浸染狀分布在硫化鋅礦物中，導(dǎo)致銅鋅礦物單體解離困難；②磨礦過程中礦物溶解，礦漿中產(chǎn)生難免銅離子吸附在閃鋅礦表面，活化其浮選行為，導(dǎo)致二者可浮性相近［7］；③銅鋅硫化礦物晶格缺陷，易發(fā)生氧化、變質(zhì)，導(dǎo)致礦物表面性質(zhì)多變，即使是同一種礦物，可浮性也可能表現(xiàn)出較大的差異［8-9］。

根據(jù)礦石性質(zhì)，制定合理的選礦流程，并選取適宜的藥劑制度是實現(xiàn)銅鋅硫化礦分離的關(guān)鍵。銅鋅硫化礦浮選分離的方法主要有以下幾種［1］：①優(yōu)先浮選，即優(yōu)先選銅、再選鋅，適用于銅鋅硫化礦嵌布關(guān)系不十分密切的礦石，該工藝操作簡單，目前被大多數(shù)選礦廠采用；②混合浮選，即對銅鋅硫化礦混合浮選回收后再進行分離，該流程適用于礦物嵌布關(guān)系密切，且銅鋅礦物以微細粒浸染狀產(chǎn)出的礦石；③等可浮浮選，即將硫化銅礦物和部分可浮性較好的硫化鋅礦物同時浮選起來，再對混合精礦進行銅鋅分離，同時對混浮尾礦可浮性較差的鋅礦物進行浮選。

國外某銅鋅硫化礦尚未進行選礦試驗研究，為實現(xiàn)該礦區(qū)銅鋅的高效回收，本研究對該銅鋅硫化礦進行了礦石性質(zhì)分析，并在此基礎(chǔ)上制定了試驗方案，進行礦石可選性試驗研究，以期實現(xiàn)銅鋅硫化礦浮選分離，為該地區(qū)銅鋅硫化礦的開發(fā)利用提供技術(shù)支撐。

1 原礦性質(zhì)

1.1 礦石中礦物組成及成分分析

該硫化礦礦床屬于矽卡巖型，礦石中礦物組成復(fù)雜，采用礦物自動分析儀（MLA）定量檢測系統(tǒng)測定試樣礦物組成，結(jié)果見表1。礦石化學(xué)多元素分析及銅、鋅物相分析結(jié)果分別見表2、表3、表4。

注：Au、Ag含量的單位為g/t。

由表1可知：礦石中主要金屬硫化礦物有黃銅礦、閃鋅礦和黃鐵礦及少量的方鉛礦、磁黃鐵礦和輝鉬礦；脈石礦物主要為石英、方解石、透輝石及鈣鋁/鐵榴石礦物，其次為長石、白云母、透閃石、綠泥石及綠簾石等。

由表2可知：礦石銅品位為0.38%、鋅品位為1.26%，是該礦石中可供回收的有價金屬元素；其他有價金屬元素如鉛、金、銀等含量較少，不具備回收價值。

由表3、表4可知：銅主要以硫化銅礦物形式存在，分布率為92.10%；鋅主要以硫化鋅礦物形式存在，分布率為89.68%。

1.2 銅鋅礦物嵌布關(guān)系及單體解離度測定結(jié)果

黃銅礦主要呈他形晶粒狀結(jié)構(gòu)，與黃鐵礦、閃鋅礦關(guān)系密切，常見其交代黃鐵礦、閃鋅礦，偶見部分細粒者包含于閃鋅礦中。閃鋅礦主要呈他形晶粒狀結(jié)構(gòu)，除與黃鐵礦、磁黃鐵礦接觸嵌生外，閃鋅礦內(nèi)部普遍包裹有乳滴狀的黃銅礦及細小顆粒狀（嵌布粒度約在0.01～0.03 mm）的黃鐵礦。

礦物的單體解離關(guān)系到后續(xù)磨礦細度的確定，本研究采用顯微鏡測定不同磨礦細度下銅、鋅的單體解離度。硫化銅礦物和硫化鋅礦物在0.074 mm以上粒級的解離性較差，在0.074 mm以下粒級解離性較好，當(dāng)磨礦細度為-0.074 mm占74.60%時，黃銅礦和閃鋅礦解離度分別為93.22%和92.78%；當(dāng)磨礦細度為-0.074 mm占81.20%時，黃銅礦和閃鋅礦的解離度分別為96.89%和95.85%。

2 選礦試驗

2.1 選礦流程的確定

礦石性質(zhì)研究結(jié)果表明，礦樣中銅、鋅主要由硫化銅礦物與硫化鋅礦物組成，屬于低品位難選礦石。針對礦石組成性質(zhì)，進行了優(yōu)先浮選銅再選鋅和銅鋅混合浮選再分離的探索試驗。探索試驗發(fā)現(xiàn)，試樣經(jīng)混合浮選、銅鋅分離后，所得銅鋅精礦互含嚴重，這可能是混合浮選過程中難免銅離子活化閃鋅礦導(dǎo)致后續(xù)分離困難。因此，本研究采用優(yōu)先浮選硫化銅礦物，2次粗選后的銅尾礦再浮選硫化鋅礦物的方案進行試驗，原則流程見圖1、圖2。

2.2 選銅試驗研究

2.2.1 磨礦細度試驗

磨礦細度關(guān)系到礦物單體解離，由前文單體解離測定結(jié)果可知，浮選磨礦細度-0.074 mm占74.60%時黃銅礦和閃鋅礦基本單體解離。為進一步確定浮選最佳磨礦細度，固定石灰用量1 000 g/t，硫酸鋅+亞硫酸鈉用量為（1 000+500）g/t，Z-200用量30 g/t，松醇油用量15 g/t，考察了不同磨礦細度對硫化銅粗精礦指標(biāo)的影響，試驗結(jié)果見圖3。

由圖3可知，隨著磨礦細度的增加，銅、鋅指標(biāo)均呈先增加后降低的趨勢。當(dāng)磨礦細度-0.074 mm含量為74.60%時，銅的品位和回收率均達到最優(yōu)，銅粗選時應(yīng)盡可能保證最大限度地回收銅，且此時鋅指標(biāo)維持在較低水平，因此，確定銅粗選磨礦細度為-0.074 mm占74.60%。

2.2.2 石灰用量試驗

石灰是硫化礦浮選過程中常用的pH調(diào)整劑，其用量大小影響黃鐵礦的抑制和銅的回收［10-11］。固定磨礦細度為-0.074 mm占74.60%，硫酸鋅+亞硫酸鈉用量為（1 000+500）g/t，Z-200用量30 g/t，松醇油用量15 g/t，考察石灰用量對銅粗精礦選別指標(biāo)的影響，試驗結(jié)果見圖4。

由圖4可知，隨著石灰用量的增加，銅粗精礦中銅品位先增加后趨于穩(wěn)定，銅回收率先增加后逐漸降低，鋅品位和回收率則先降低后基本不變。當(dāng)石灰用量為1 400 g/t時，銅粗精礦中銅鋅礦物分離效果較好，因此，確定銅粗選石灰用量為1 400 g/t。

2.2.3 抑制劑用量試驗

銅鋅硫化礦分離諸多研究表明，硫酸鋅和亞硫酸鈉組合使用（常見的組合比例為2∶1）可以較好地實現(xiàn)對硫化鋅礦物的選擇性抑制［7，12］。固定磨礦細度為-0.074 mm占74.60%，石灰用量1 400 g/t，Z-200用量30 g/t，松醇油用量15 g/t，考察組合抑制劑總用量（組合比例為2∶1）對銅粗精礦選別指標(biāo)的影響，試驗結(jié)果見圖5。

由圖5可知，隨著抑制劑總用量的增加，銅粗精礦中銅的回收率變化不大，銅品位先增加后穩(wěn)定，銅粗精礦中鋅品位和回收率則逐漸降低后基本不變。當(dāng)組合抑制劑總用量大于1 500 g/t時，銅的品位趨于平穩(wěn)，銅粗精礦中鋅的含量基本不再降低，因此，確定抑制劑用量為硫酸鋅+亞硫酸鈉（1 000+500）g/t。

2.2.4 捕收劑用量試驗

硫化礦捕收劑種類繁多，如黃藥類、黑藥類、Z-200等［13-15］，其中Z-200對硫化銅礦物有較好的選擇性，因此本試驗選取Z-200為銅粗選的捕收劑。固定磨礦細度為-0.074 mm占74.60%，石灰用量1 400 g/t，硫酸鋅+亞硫酸鈉用量為（1 000+500）g/t，Z-200用量30 g/t，松醇油用量15 g/t，考察Z-200用量對銅粗精礦選別指標(biāo)的影響，試驗結(jié)果見圖6。

由圖6可知，隨著Z-200用量的增加，銅粗精礦中銅的回收率逐漸升高，銅品位略有下降，當(dāng)Z-200用量高于25 g/t時，銅回收率趨于平穩(wěn)，整個研究范圍，銅粗精礦中鋅品位和回收率基本保持不變。綜合考慮，確定捕收劑Z-200用量為25 g/t。

2.3 選鋅試驗研究

2.3.1 石灰用量試驗

選銅后的尾礦再經(jīng)1次粗選后進行選鋅試驗，選鋅過程中常需添加硫酸銅活化被抑制的鋅礦物［16-18］，同時為了防止硫酸銅活化浮選黃鐵礦，首先考察石灰用量對鋅粗精礦選別指標(biāo)的影響，固定硫酸銅用量500 g/t，丁基黃藥用量30 g/t，松醇油用量15 g/t。試驗結(jié)果見圖7。

由圖7可知，當(dāng)石灰用量為500 g/t時，鋅粗精礦中鋅品位不到10%，說明黃鐵礦易進入鋅粗精礦產(chǎn)品中，隨著石灰用量增加，鋅品位逐漸增加，當(dāng)石灰用量達到1 500 g/t時，鋅品位為15.17%，鋅作業(yè)回收率為78.69%，繼續(xù)增加石灰用量，鋅品位基本不變，而作業(yè)回收率呈下降趨勢。綜合考慮，確定鋅粗選石灰用量為1 500 g/t。

2.3.2 硫酸銅用量試驗

鋅粗選活化劑硫酸銅的用量關(guān)系到鋅的回收指標(biāo)，特別是當(dāng)硫酸銅用量不足時，鋅在尾礦中的損失將會增加。固定石灰用量1 500 g/t，丁基黃藥用量30 g/t，松醇油用量15 g/t，考察硫酸銅用量對鋅粗精礦選別指標(biāo)的影響，試驗結(jié)果見圖8。

由圖8可知，隨著硫酸銅用量的增加，鋅粗精礦中鋅的作業(yè)回收率增加，當(dāng)硫酸銅用量大于400 g/t時，鋅的作業(yè)回收率趨于平穩(wěn)，鋅品位略有降低。綜合考慮，確定鋅粗選中硫酸銅用量為400 g/t。

2.3.3 捕收劑用量試驗

閃鋅礦經(jīng)硫酸銅活化后，常采用丁基黃藥捕收劑進行浮選。固定石灰用量1 500 g/t，硫酸銅用量400 g/t，松醇油用量15 g/t，考察丁基黃藥用量對鋅粗選指標(biāo)的影響，試驗結(jié)果見圖9。

由圖9可知，隨著丁基黃藥用量增加，鋅粗精礦中鋅品位基本保持不變，鋅的作業(yè)回收率呈增加趨勢，當(dāng)丁基黃藥用量超過40 g/t時，鋅的作業(yè)回收率趨于平穩(wěn)。綜合考慮，確定鋅粗選中丁基黃藥用量為40 g/t。

2.4 全閉路試驗

在條件試驗所確定的最佳藥劑制度下進行實驗室全閉路試驗，其中選銅經(jīng)2次粗選、2次精選得到銅精礦，選銅后尾礦進行選鋅，經(jīng)1次粗選、2次掃選、3次精選得到鋅精礦，閉路試驗流程見圖10，試驗結(jié)果見表5。

由表5可知，原礦采用優(yōu)先浮選銅，選銅后的尾礦再選鋅的試驗方案，最終可獲得銅品位22.55%、銅回收率85.19%的銅精礦產(chǎn)品和鋅品位44.83%、鋅回收率74.36%的鋅精礦產(chǎn)品，實現(xiàn)了銅鋅硫化礦的有效分離。

3 結(jié) 論

（1）國外某低品位銅鋅硫化礦中含銅0.38%，含鋅1.26%，銅、鋅金屬具有一定經(jīng)濟回收價值。礦石中主要金屬礦物為黃銅礦、閃鋅礦和黃鐵礦及少量的方鉛礦，黃銅礦、閃鋅礦交互包裹存在，分離困難。礦石中脈石礦物主要為石英、方解石及少量的鋁硅酸鹽礦物。

（2）針對該試樣中主要礦物組成及性質(zhì)，在磨礦細度為-0.074 mm占73.60%條件下，采用石灰調(diào)漿，硫酸鋅和亞硫酸鈉組合使用抑制鋅礦物，Z-200為捕收劑優(yōu)先選浮選銅礦物，選銅后的尾礦采用石灰調(diào)漿，硫酸銅為鋅礦物活化劑，丁基黃藥為捕收劑進行試驗。閉路試驗最終獲得了銅品位22.55%、銅回收率85.19%的銅精礦產(chǎn)品及鋅品位44.83%，鋅回收率74.36%的鋅精礦產(chǎn)品，有效地實現(xiàn)了銅鋅硫化礦的分離。